INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TUXTLA
GUTIÉRREZ
INFORME TÉCNICO DE RESIDENCIA
NOMBRE DEL PROYECTO
IMPLEMENTACIÓN DE UN CANAL DE FIBRA ÓPTICA
PARA EL MONITOREO DE LAS SUBESTACIONES DE
LA CIUDAD DE TUXTLA GUTIÉRREZ.
RESIDENTE
RAUSEL GÓMEZ CRUZ
CARRERA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
ASESOR INTERNO
DR. JORGE LUIS CAMAS ANZUETO
ASESOR EXTERNO
ÍNDICE
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN _____________________________________________ 2
1.1.INTRODUCCIÓN ______________________________________________________ 2 1.2.JUSTIFICACIÓN ______________________________________________________ 3 1.3.OBJETIVOS GENERALES _______________________________________________ 4 1.4.OBJETIVOS ESPECÍFICOS _______________________________________________ 4 1.5.METODOLOGÍA ______________________________________________________ 4 1.6.ALCANCES _________________________________________________________ 6 1.7.LIMITACIONES _______________________________________________________ 6 1.8.CARACTERIZACIÓN DE LA OFICINA DE CONTROL DE LA CFE DONDE SE LLEVÓ LA ELABORACIÓN DEL PROYECTO ______________________________________________ 7
1.10.MISIÓN,VISIÓN Y VALORES ____________________________________________ 8
CAPÍTULO 2: PROBLEMAS A RESOLVER ___________________________________ 10
2.1.PROBLEMAS A RESOLVER _____________________________________________ 10 2.2.DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES ______________________________________ 11 2.3.DELIMITACIONES ____________________________________________________ 12
CAPÍTULO 3: FUNDAMENTOS TEÓRICOS __________________________________ 13
3.1.SISTEMA SCADA ___________________________________________________ 13 3.2.ELEMENTOS PRINCIPALES DE UN SISTEMA SCADA __________________________ 15 3.3.TERMINOLOGÍA DEL SISTEMA SCADA ____________________________________ 20 3.4.IMPLEMENTO DEL SISTEMA SCADA ______________________________________ 22 3.5.SISTEMA SCADA EN CFE _____________________________________________ 23
CAPÍTULO 4: EQUIPOS DE COMUNICACIÓN PARA EL IMPLEMENTO DEL CANAL DE FIBRA ÓPTICA _________________________________________________________ 25
4.1.CISCO CATALYS 3560 SERIE ___________________________________________ 25 4.2.CONVERTIDOR DE MEDIOS TRENDNET __________________________________ 26 4.3.INFRAESTRUCTURA __________________________________________________ 26 4.3.1 Empalmadora FUJIKURA FSM-60S _________________________________ 27 4.3.2. Reflectómetro OTDR AXS-110 _____________________________________ 30 4.3.3. Fibra Óptica Monomodo ADSS 36 hilos ______________________________ 32 4.3.4. Cortadora de Fibra Óptica FUJIKURA CT-30A ________________________ 33
CAPÍTULO 5: PROCEDIMIENTO Y DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES
REALIZADAS __________________________________________________________ 35
5.1.PROCEDIMIENTO Y DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES REALIZADAS ______________ 35 5.2.MODELADO ESQUEMÁTICO REPRESENTATIVO PARA LA ELABORACIÓN DEL PROYECTO _ 36 5.3.SIMULACIÓN CON EL SOFTWARE CISCO PACKET TRACER ______________________ 36 5.4.ADQUISICIÓN DE LOS EQUIPOS DE COMUNICACIÓN ___________________________ 37
6.1.EXPLICACIÓNDELPROCESO _______________________________________ 39 6.2.CONFIGURACIÓN DE LA UCM __________________________________________ 43 6.3.BASE DE DATOS QUE SE INGRESO EN LA UCM ______________________________ 44 6.4.CONFIGURACIÓN DE LA UTR ___________________________________________ 47
CAPÍTULO 7: PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO ______________________________ 49
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN
1.1. Introducción
Las subestaciones eléctricas son las estaciones encargadas de realizar transformaciones de la tensión, de la frecuencia, del número de fase o la conexión de dos o más circuitos.
Existen dos tipos de subestaciones:
1. Subestaciones de transformación: son las encargadas de transformar las energías eléctricas mediante uno o más transformadores. Estas subestaciones pueden ser elevadoras o reductoras de tensión.
Subestaciones transformadoras elevadoras: estas subestaciones elevan la tensión generada de media a alta o muy alta tensión para poderla transportar. Se encuentran al aire libre y están situadas al lado de las centrales generadoras de electricidad. Estas subestaciones la tensión primaria de los transformadores suele estar de entre 3 y 36 kV. Mientras que la tensión secundaria de los transformadores está condicionada por la tensión de la línea de transporte o de interconexión (66,110, 220 ó 380 kV).
Subestaciones transformadoras reductoras: son subestaciones con la función de reducir la tensión alta a media para su posterior distribución. Donde la tensión primaria de los transformadores depende de la tensión de la línea de transporte (66, 110, 220 ó 380 kV).
Mientras que la tensión secundaria de los transformadores está condicionada por la tensión de las líneas de distribución (entre 6 y 30 kV).
Para monitorear la subestación usaremos el sistema SCADA, donde sus siglas significan Supervisión, Control y Adquisición de Datos. Sistema que con ayuda de software y equipos de cómputo se lleva acabo dicho servicio de monitoreo.
La comunicación con la cual se monitorea es mediante comunicación de radiofrecuencia, este sistema, es un proceso de conversión de señales eléctricas a señales electromagnéticas y viceversa para que los equipos de comunicación de radiofrecuencia puedan reconocer dicha señales.
Para la mejora del monitoreo utilizar la comunicación mediante la fibra óptica la cual nos ayuda a tener una comunicación más eficaz, con menos perdidas y no tiene fallas por interferencias electromagnéticas, esto se debe a que la Fibra óptica permite la comunicación por luz y no se ve afectada por estos tipos de interferencias.
1.2. Justificación
1.3. Objetivos generales
Implementación de un canal de Fibra Óptica para el monitoreo de las subestaciones de la Ciudad de Tuxtla Gutiérrez.
1.4. Objetivos específicos
1. Conocer el sistema SCADA en su terminología y su forma de operar en el monitoreo de las subestaciones de la CFE.
2. Implementar el protocolo de comunicación, mediante los equipos de comunicación de datos y los convertidores de medios para la fibra óptica. 3. Generar la base de datos para realizar la configuración de la UCM (Unidad
Central Maestra) para la adquisición de información que provienen de las UTR (Unidad Terminal Remota) de las subestaciones.
4. Generar la base de datos para la configuración de las UTR (Unidad Terminal Remota) de cada subestación, para lograr la comunicación con la Unidad Central Maestra.
5. Realizar pruebas de comunicación mediante equipos de medición como es el reflectómetro conocido como OTDR, dicho instrumento nos localiza los defectos dentro de la fibra óptica que nos esté causando pérdidas.
1.5. Metodología
En el desarrollo de este proyecto se fueron realizando las actividades por pasos, para comprender mejor las actividades realizadas se describirán las actividades en un diagrama de bloques, como se muestra en la Figura 1.1.
Paso 2. Consiste en la adquisición de los equipos de comunicación y la aplicación del protocolo de comunicación que se usara para la comunicación de la UCM y las UTR de las subestaciones.
Paso 3. Consiste en la generación de la base de datos para la configuración de la UCM y la UTR, ya que mediante esta base de datos lograrán comunicarse entre ellas. Las bases de datos tan solo son las entradas y salidas que se usaran en la UTR, y los nombres que se le asignaran; esto es para que la UCM pueda tener comunicación con la UTR.
Paso 4. Consiste en realizar pruebas con los equipos de medición (OTDR), para verificar que la fibra óptica está conectada en los equipos correctamente. Esta medición que se realizara con el OTDR nos ayudará en la verificación si la luz viaja correctamente, si la fibra óptica se encuentra en buen estado o que el haz de luz tiene alguna pérdida, también nos graficará la potencia con respecto a la distancia para la verificar si el haz de luz viaja correctamente.
Figura 1.1 Diagrama de bloques de las actividades a desarrollar
1.6. Alcances
Durante el desarrollo del proyecto se tuvo la oportunidad de realizar la investigación en las oficinas de control y comunicación, además del privilegio de recibir la asesoría de los ingenieros de las oficinas. Teniendo a disposición una PC para la investigación del proyecto, se salió a campo para conocer los equipos como lo son: la UCM, la UTR, los equipos de protección y el medio de comunicación con el cual se realiza el monitoreo. Se dispuso de los equipos para trabajar la fibra óptica, como: empalmadora de fibra óptica, cortadora de fibra óptica, fibra óptica monomodo dss de 36 hilos, los equipos de comunicación de datos y los convertidores de medio.
1.7. Limitaciones
Oaxaca, y por tal motivo se demoraran las pruebas de comunicación y la puesta en servicio.
1.8. Caracterización de la Oficina de control de la CFE donde se llevó la elaboración del proyecto
Este proyecto a desarrollar, pertenece al área de control de las oficinas de Comisión Federal de Electricidad de la zona de distribución de Tuxtla Gutiérrez. Este proyecto será implementado por primera vez por dicha área debido a la necesidad que surge en tener comunicado todo el tiempo las UTR de las subestaciones para el monitoreo.
Datos de la empresa:
Se presenta la información de la empresa o institución donde se desarrolló el proyecto de residencia.
Empresa: Comisión Federal de Electricidad (CFE)
Ubicación: 5 Norte Pte. #2100 Col. Centro, C.P 29000. Tuxtla Gutiérrez, Chiapas.
Teléfonos: (01961) 61 7 91 11 ó 61 7 91 10 Ext. 21219
1.9. Antecedentes de la División Sureste de la CFE zona Distribución
Esta división inició sus operaciones el día 8 de septiembre de 1954, contratándose a personal que laboraba en el sistema Hidroeléctrico “bombaná”.
La plantilla fundadora de la División Sureste constaba de 16 personas encabezadas por el Ing. Francisco J. Carrión Maytorena quien fue el primer Gerente.
En esta se integraron a la División, todos los sistemas eléctricos ubicados en el estado de Oaxaca, Chiapas, Tabasco, Campeche, Yucatán y Quintana Roo.
En el año de 1957 se efectuó el traslado de las Oficinas Divisionales de la Cd. De Tuxtla Gutiérrez Chiapas a la ciudad de Oaxaca de Juárez, Oaxaca.
La “nueva” Sede Divisional a partir de entonces se instalo en la calle de Reforma numero 46, esquina con Humbolt, en donde estuvieron operando hasta el año de 1979 en que se cambiaron a la calle de Manuel Alvares Bravo N° 600, donde actualmente se encuentran.
En el año de 1968 se creó la División Peninsular con las instalaciones y personal que existían en los estados de Campeche, Yucatán y Quintana Roo, quedándose la División Sureste con los estados de Oaxaca, Chiapas y Tabasco.
1.10. Misión, Visión y Valores
Misión:
Prestar el servicio público de energía eléctrica con criterios de suficiencia, competitividad y sustentabilidad, comprometidos con la satisfacción de los clientes, con el desarrollo del país y con la preservación del medio ambiente.
Visión:
Una empresa reconocida por su atención al cliente, competitividad, transparencia, calidad en el servicio, capacidad de su personal, vanguardia tecnológica y aplicación de criterios de desarrollo sustentable. [2]
Valores:
En CFE la presentación de nuestros servicios y el comportamiento de quienes trabajamos en ella deben realizarse con base en nuestros valores institucionales. Integridad: ser integro/a es conducirme con honestidad y respeto hacia mi institución, mis compañeros/as y la sociedad.
Productividad: ser productivo/a es trabajar para obtener resultados eficientes y contribuir a la permanencia y crecimiento de mi fuente de trabajo.
CAPÍTULO 2: PROBLEMAS A RESOLVER
2.1. Problemas a resolver
2.2. Descripción de las Actividades
Realizar investigaciones sobre SCADA
Recabar información; realizar una investigación sobre el sistema SCADA
(Supervisión, Control y Adquisición de Datos), sus siglas y terminología, para tener un conocimiento más amplio sobre dicho servicio.
Investigar el equipamiento en el mercado, el tipo de infraestructura que se utilizará para la adecuación de la fibra óptica existente.
Realizar un análisis minucioso de las necesidades del área, que permita visualizar los equipos adecuados para el desarrollo del proyecto y pueda ser llevado a cabo el desarrollo, es decir, análisis del costo, el equipo adecuado para resolver la problemática, entre otros.
Adquisición e instalación de equipos y accesorios para la implementación del canal.
Realizar un modelado el cual exprese el proceso de elaboración del proyecto. Tras analizar lo anterior, definir como se deberá realizar cada proceso en la elaboración del proyecto.
Configuración de la UCM para la implementación del canal de fibra óptica.
Se configurara la UCM (Unidad Central Maestra) para recabar información mediante el canal de fibra óptica.
Configuración de la UTR (Unidad Terminal Remota).
Se configurara el UTR(Unidad Terminal Remota) para el envió de información a la UCM.
Pruebas de funcionamiento.
Puesta de servicio, quedando de respaldo el canal de radio que se utiliza.
Después de obtener resultados satisfactorios del canal de fibra óptica, se dejará el canal de fibra óptica como primario y el canal de radio como secundario (de respaldo).
2.3. Delimitaciones
CAPÍTULO 3: FUNDAMENTOS TEÓRICOS
3.1. Sistema SCADA
Un sistema SCADA puede definirse como una aplicación de software diseñada, en especial, para funcionar sobre ordenadores de control de producción, con acceso a la planta mediante comunicación digital con los reguladores locales básicos, e interfaz con usuarios a través de interfaces gráficas de alto nivel, es decir, pantalla táctiles o cursores, lápices ópticos, etc.
Figura 3.1. Esquema básico de un SCADA
Un SCADA debe cumplir con los siguientes objetivos para que su instalación sea aprovechada:
Deben de ser un sistema de arquitectura abierta, capaces de crecer o adaptarse según las necesidades cambiantes de la empresa.
Deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente para el usuario con el equipo de planta (drivers de comunicación con API, PID, CN, etc.) y con el resto de la empresa (acceso a redes locales y de gestión).
Deben ser un programa sencillo de instalar, sin excesivas exigencias de hardware y fáciles de utilizar, con interfaces amigables al usuario (sonidos, imágenes, pantallas táctiles, etc.)
Se utilizan ordenadores convencionales como soporte hardware de los programas SCADA. Aunque pueden emplearse arquitecturas basadas en ordenadores PC con sistemas operativos Dos/Windows y paquetes de software que incluyen funcionalidades (interrupciones, comunicación en red, etc.) para mejorar sus prestaciones, la disponibilidad de máquinas con sistemas operativos más completos (VAX/VMS, UNIX Windows NT, etc.) y arquitecturas cliente/servidor que comparten recursos informáticos (aplicaciones y datos), permite ofertar programas que atienden varios servicios a la vez [Figura 3.2].
Figura 3.2. RSVIEW, software basado en componentes para la supervisión y control de máquinas y procesos de automatización usando LabView.
3.2. Elementos principales de un Sistema SCADA
a. Hardware.
Los componentes básicos de hardware para implementar un sistema SCADA son:
Figura 3.3 Unidad Central Maestra de la CFE
Unidad Terminal Remota (UTR). Es un dispositivo instalado en una localidad remota del sistema que se dedica a recopilar datos para transmitirlo hacia la Unidad Central Maestra [Figura 3.4].
Esta unidad posee canales de entradas para medición de las variables dentro de los procesos y de canales de salida para el control, activación de alarmas y puerto de comunicaciones.
Red de comunicación. El sistema de comunicación transmite la información entre la planta y el hardware del sistema SCADA [Figura 3.5].
Las comunicaciones pueden cambiar según las necesidades del sistema del programa seleccionado, ya que no todos los programas de software así como los instrumentos de campo pueden trabajar con el mismo medio de comunicación.
Figura 3.5 Comunicación por Radiofrecuencia
industriales, actuadores, sensores, etc.) y se encargan de la adquisición de datos del sistema [Figura 3.6].
Figura 3.6 Tableros de relevadores industriales
b. SOFTWARE.
Los bloques principales del software que permiten la adquisición, supervisión y control de los datos son:
Configuración. Permiten al programador definir el entorno de trabajo del sistema personalizado de acuerdo a sus necesidades [Figura 3.7].
Interfaz gráfico. Ayuda al operador a observar el estado de los dispositivos de campo presente en los procesos industriales, permitiendo que exista un buen control y supervisión [Figura 3.8].
Figura 3.8 Obtención de los estados de modo gráfico
Gestión y archivo de datos. Permite el almacenamiento y procesos de datos, según códigos de programación que permite comunicarse con el hardware (impresoras, registradores) o el software (base de datos, hojas de cálculo, grafica estadística), etc [Figura 3.10]. [4]
Figura 3.10 Almacenamiento de información de las acciones
3.3. Terminología del sistema SCADA
SCADA viene de las siglas: “Supervisory Control And Data Adquisition”: hace referencia a un sistema de adquisición de datos y control supervisor.
SCADA se define como un sistema que permite supervisar una planta o proceso por medio de una estación central que se hace desde una Maestra o conocido también como Unidad Central Maestra (UCM), una o varias unidades remotas (UTR) por medio de las cuales se hace el control o PLC (Controlador Lógica Programable) y la adquisición de datos desde el campo [Figura 3.11].
Los siguientes puntos a conocer dan explicar con más amplitud el funcionamiento del servicio SCADA:
Representación gráfica, y animada de variables de proceso y monitorización de éstas por medio de alarmas.
Ejecutar acciones de control, para modificar la evolución del proceso, actuando bien sobre los reguladores autónomos básicos (consignas, alarmas, menús, etc.) o bien directamente sobre el proceso mediante las salidas conectadas.
Arquitectura abierta y flexible con capacidad de ampliación y adaptación.
Conectividad con otras aplicaciones y bases de datos, locales o distribuidas en redes de comunicación.
Supervisión, para observar desde un monitor la evolución de las variables de control.
Transmisión, de información con dispositivos de campo y otros PC.
Base de datos, gestión de datos como bajos tiempos de acceso. Suele utilizar ODBC.
Presentación, representación gráfica de los datos. Interfaz del operador o HMI (Human Machine Interface).
Explotación de los datos adquiridos para gestión de la calidad, control estadístico, gestión de la producción y gestión administrativa y financiera.
Figura 3.11 SCADA de manera esquemática
3.4. Implemento del Sistema SCADA
El sistema SCADA fue desarrollado para Supervisión, Controlar y Adquirir Datos, por tal motivo empresas e industrias de alto y bajo nivel han implementado este servicio, el beneficio que ofrece este servicio SCADA, es supervisar, controlar o adquirir datos en el proceso que se lleva a cabo en su planta por medio de la programación de una herramienta poderosa, versátil y económica que le permita en todo momento de manera segura y desde cualquier lugar donde se encuentre con aplicaciones web, ya sean vía internet o intranet, el estado de maquinarias y equipo de su planta completa.
Para el implemento de un servicio SCADA hay que tomar en cuenta los siguientes puntos:
Todo sistema debe tener un software de arquitectura abierta, es decir, debe permitir su crecimiento y expansión, así como deben poder adecuarse a las necesidades futuras del proceso y de la planta.
Deben permitir la adquisición de datos de todo equipo, así como la comunicación a nivel interno y externo, es decir, redes locales y de gestión.
3.5. Sistema SCADA en CFE
Comisión Federal de Electricidad (CFE) zona de distribución de Tuxtla Gutiérrez tiene cuatro subestaciones en la ciudad y de las cuales distribuye la energía eléctrica y suministra a varias colonias de la ciudad y a sus al rededores, y también a municipios que le pertenecen a esta zona. Por tal motivo la CFE se vio con la necesidad de supervisar, controlar y adquirir datos de las redes eléctricas de distribución para obtener información cuando una línea está en función y cuando una línea está fuera de servicio, o abrir las líneas eléctricas cuando se va a realizar alguna maniobra mediante comunicación de radiofrecuencia, también se puede obtener información cuando una línea está fallando o por fallas técnicas se abre una línea, o cuando un ramal está interrumpiendo la línea eléctrica.
CAPÍTULO
4:
EQUIPOS
DE
COMUNICACIÓN
PARA
EL
IMPLEMENTO DEL CANAL DE FIBRA ÓPTICA
Para el implemento del canal de Fibra Óptica analizar los equipos de comunicación de datos, los convertidores de medios y la infraestructura que la CFE tiene en sus instalaciones.
Los equipos que se mencionaran en seguida son equipos que la CFE (Comisión Federal de Electricidad) nos asignó que investigáramos, esto se debe a la fiabilidad que los equipos han brindado.
4.1. Cisco Catalys 3560 serie
Es un equipo muy completo para el desarrollo del proyecto, esta línea de switches es de alto rendimiento y está diseñado para los usuarios que pasen de forma sencilla de las redes LAN compartidas tradicionales a redes completamente conmutadas.
4.2. Convertidor de medios TRENDNET
El conversor de medios de fibra serie TFC-1000 de TRENDnet transforma medios de 1000Base-T(Gigabit Cobre) a medios 1000Base-SX/LX (Mini-GBIC) y viceversa. El puerto 1000Base-T admite una conexión full-dúplex Gigabit a una velocidad por cable con conector RJ45. La conexión Mini-GBIC soporta un láser óptico de onda corta (SX) u onda larga (LX) con módulo Mini-GBIC multimodo o modo sencillo. Este conversor le ofrece a su conexión Gigabit Cobre la capacidad de interconectarse a enlaces de fibra sobre grandes distancias. Con el chasis opcional de montura en rack EIA-19" de 16 ranuras, la serie de conversores TFC es la solución perfecta para varias conversiones de medios de fibra dentro de su red [Figura 4.2]. [7]
Figura 4.2 Convertidores de medios TRENDNET
4.3. Infraestructura
medición o un equipo de empalme inclusive si no contamos con la fibra óptica no se llevará a cabo el desarrollo de dicho proyecto.
4.3.1 Empalmadora FUJIKURA FSM-60S
En la oficina de comunicación cuenta con la empalmadora FUJIKURA FSM-60S para todo tipo de fibra óptica, enseguida veremos las características de la empalmadora FUJIKURA FSM-60S. El tiempo de fusión de dicha empalmadora es de 9 s, el tiempo de calentamiento de manguera para protección de la fibra es de 30 s., la empalmadora disipa temperaturas de -10 °C a + 50 °C cuando está en operación [Tabla 2].
La empalmadora FUJIKURA FSM-60S es una serie nueva de empalmadora, ya que cuenta con muchas cualidades, éstas son; resistente a los golpes, resistente al polvo, resistente a las vibraciones (aún cuando está en operación) y resistente a los golpes.
Esta empalmadora es apta para fibras de 80 a 150 micras de revestimiento, y 100 a 1000 micras de recubrimiento, para fibras monomodo, multimodo, de dispersión desplazada, y NZDS, la empalmadora FUJIKURA FSM-60s dispone de 60 modos programados de funcionamientos, con posibilidad de definir 40 modos de usuarios [Figura 4.3].
Tabla 2. Características de la Empalmadora FUJIKURA FSM-60S
Fibras aplicables
Modo singular (ITU-TG.652), modo múltiple (ITU-T G.651), DS (ITU-T G.653), NZDS
(ITU-T G.655)
Diámetro de revestimiento 80 µm a 150 µm
Diámetro de recubrimiento 100 µm a 1,000 µm
Longitud de fibras
De 8 a 16 mm con diámetro de recubrimiento 250 µm, 16 mm con diámetro
de recubrimiento 900 µm
Perdidas típicas de fusión 0.02dB con Sm, 0.01dB con mm, 0.04dB
con DS, 0.04dB con NZDS
Tiempo de fusión 9 s para fibras singulares
Memoria de programas 60 pre-definidos y 100 a definir
Evaluación de pérdidas de fusión Evaluación de centrado, decalaje angular,
deformación de fibra.
Almacenamiento de resultados de fusión
Últimos 2000 resultados en la memoria interna
Visualización de fibras
X o Y, o los dos X y Y simultáneamente. 2 posiciones de pantalla con orientaciones
automática de imagen
Aumento 300 X para vista singular X o Y, o 187 X
para X y Y
Método de visualización Dos cámaras con pantalla LCD a color de
4.1 pulgadas
Condiciones de operación 0 a 5,000 m altura sobre el mar, 0 a 95 %
RH y -10 a 50 °C
Calentamiento de manguera
Calentador de manguera incorporado con 30 modos de calentamiento; función de
arranque automático
Tiempo de calentamiento de manguera
Típico 30 segundos con manguera FP-03, 35 segundos con manguera FP3 (40),
35-55 con manguera micro de Fujikura
Manguera de protección compatibles 60 mm, 40 mm, micro
Batería: fusión / contracción térmica Hasta 160 ciclos con activadas funciones
de modo económico
Fuente de alimentación
Selección automática de voltaje de 100 a 240 V AC o 10 a 15 V DC con ADC-11,
13.2 V DC con batería BTR-08
Terminales
USB1.1 (USB-B) para comunicación con PC. Mini-DIN (6-pin) para HJS-02/03 y
SH-8 calentadores externos
Protección del viento Velocidad máxima de viento 15m/s. (34
mph)
Dimensiones 136 W x 161 D x 143 H (mm)/5.3 W x 6.3 D
x 5.6 H (pulgadas)
Peso 2.3 kg (5.1 lbs) con adaptador AC ADC-11;
4.3.2. Reflectómetro OTDR AXS-110
Es un reflectómetro óptico en el dominio del tiempo. Es un instrumento de medición que envía pulsos de luz a la longitud de onda deseada, para luego medir sus “ecos”, o el tiempo en que tarda en recibir una reflexión producida a lo largo de la fibra.
Luego de ser promediadas las muestras tomadas, se grafican en una pantalla donde se muestra el nivel de señal en función de la distancia. El OTDR aprovecha los fenómenos presentes en la Fibra óptica para analizar y entregar un resumen detallado de la situación.
Figura 4.4 OTDR AXS-110 El OTDR puede medir los siguientes puntos [Tabla 3]:
Rango dinámico
Zona muerta
Resolución
Precisión
El OTDR AXS-110 es un medidor óptico portátil con la cual mediremos las zonas muertas en la fibra, la longitud de onda en la que estamos transmitiendo, el rango dinámico, etc. [Figura 4.4]. [10]
Tabla 3. Especificaciones del OTDR AXS-110
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
Longitudes de onda (nm) 850/1300/1310/1490/1550/1625
Rango dinámico (dB) 24/25/37/33/35/37
Amplitud de pulso (ns)
Multi-modo: 5, 10,30,100, 275, 1000 Monomodo: 5, 10, 30, 100, 275, 1000,
2500, 10 000
Zona muerta de evento (m) 0.8
Zona muerta de atenuación (m) 3.5/ 4.5/ 4/ 4.5/ 4.5/ 4.5
Linealidad (dB/dB) ± 0.03
Umbral de perdida (dB) 0.01
Umbral de resolución (dB) 0.01
Resolución de muestreo (m) Multi-modo: 0.08 a 2.5; monomodo:
0.08 a 5.0
Puntos de muestreo Hasta 64, 000
Incertidumbre de distancia (m) ±(0.75 + 0.0025 % x distancia +
resolución de muestreo)
Rango de distancia (km) Multi-modo: 0.1 a 40; monomodo: 0.65
a 260
Actualización ordinaria en tiempo
real (Hz) 4 Capacidad de memoria 500 curvas
Tiempo de medición Definido por el usuario
Potencia de salida de fuente estable
(dBm) Multi-modo: -1.5; monomodo: -7.5 Localizador visual de fallos
(opcional)
Láser, 650 nm ± 10 nm
4.3.3. Fibra Óptica Monomodo ADSS 36 hilos
La fibra óptica es un medio de transmisión físico capaz de brindar velocidades y distancias superiores a las de cualquier otro medio de transmisión, es decir, cobre e inalámbricos.
Existen diferentes tipos de fibra óptica, y cada una es para aplicaciones diferentes, como para uso médico, de control, de iluminación, de imprenta y el de telecomunicaciones.
La fibra óptica que usaremos para la comunicación entre la Maestra o UCM (Unidad Central Maestra) y las UTR (Unidad Terminal Remota) será el cable óptico dieléctrico ADSS, en el cual trae 36 hilos de Fibra Óptica con una estructura holgada [Figura 4.5].
Figura 4.5 Estructura del cable óptico ADSS de 36 hilos
4.3.4. Cortadora de Fibra Óptica FUJIKURA CT-30A
Para realizar el corte de la fibra óptica necesitamos un equipo que lo haga con precisión, ya que si esta no se corta con precisión podemos obtener muchas pérdidas cuando estemos realizando el empalme de la fibra óptica [Figura 4.6]. Para eso usaremos la cortadora de Fibra Óptica FUJIKURA CT-30A, es una cortadora automática de precisión de fibra óptica es compatible con todos los tipos de máquinas-empalmadoras, esta cortadora nos beneficia ya que corta en un solo paso y recoge todos los residuos automáticamente y a la vez los desecha en automático.
Figura 4.6 Cortadora de Fibra óptica FUJIKURA CT-30A
Tabla 4. Especificaciones de la cortadora de Fibra Óptica FUJIKURA CT-30A
Tipos de fibra Fibra de silicio singular o en forma de cinta
Diámetro de fibra 125 µm
Diámetro de recubrimiento 250 y 900 µm
Angulo de corte medio 0.5° (para fibra singular)
Recurso de cuchilla mínimo 48 000 cortes (1000 cortes x 16 posiciones x 3 tipos
de altura)
Longitud de fibra pelada
6-20 mm (recubrimiento 250 µm) (para fibra singular)
10-20 mm (recubrimiento 900 µm) (para fibra singular)
10 mm (para fibra en forma de cinta)
Dimensiones 69 x 82 x 41
CAPÍTULO 5: PROCEDIMIENTO Y DESCRIPCIÓN DE LAS
ACTIVIDADES REALIZADAS
5.1. Procedimiento y descripción de las actividades realizadas
Durante el desarrollo de este proyecto, cada actividad se realizó por puntos, conforme se desarrollo el proyecto.
1. El sistema SCADA consiste en un software para ordenadores que permite Controlar y Supervisar trabajos industriales a distancia. Este sistema facilita la retroalimentación en tiempo real con los dispositivos de campo (sensores y actuadores), y controla el proceso.
2. Se realizó un checklist de los equipos, materiales y la infraestructura con la que contaba la CFE para el desarrollo del proyecto, al mismo tiempo se investigó el tipo de fibra óptica con la que se contaba para el implemento del canal.
3. Después de realizar un checklist de los equipos de comunicación, se realizaron las compras de los equipos que hacían falta, se adquirieron y se realizó las instalaciones con los equipos que se tenían para no demorarse más.
4. Se generó la base de datos para la configuración de la UCM, después de generar la base de datos, se empezó a configurar la UCM con esta información una por una.
5. Se configuro la UTR con respecto a la UCM, esto quiere decir, que las entradas digitales y salidas digitales tiene que ser seleccionadas conforme a la configuración de la UCM en el software con la que se configura la UTR (el software cambia dependiendo la marca de la UTR), de lo contrario se tendrá errores en el monitoreo, de la misma forma las salidas analógicas se tienen que configurar con respecto a la configuración de la UCM.
pérdidas en el momento de enviar un pulso, y para la verificación de correcta conexión en los equipos de comunicación.
7. La puesta en servicio solo se esperara la autorización de la Dirección de Modernización de la CFE Oaxaca, para hacer pruebas reales y así quedar el canal de fibra óptica en función.
5.2. Modelado esquemático representativo para la elaboración del proyecto
Se realizó un modelado esquemático (diagrama) del proyecto de residencia para tener una idea amplía de su aplicación [Figura 5.1].
Figura 5.1 Modelado esquemático del canal de fibra óptica.
En el siguiente esquema se representa la configuración que se debe de realizar en la aplicación del canal de fibra óptica y cada una de sus conexiones en los equipos de comunicación.
5.3. Simulación con el Software Cisco Packet Tracer
servidores que serán las UTR (Unidad Terminal Remota) podrán enviar mensaje y responder a la vez [Figura 5.2].
Figura 5.2 Simulación con CISCO PACKET TRACER del canal de fibra óptica Las IP usadas en la simulación, fueron IP tomadas de apuntes de una clase que se llevó en un semestre anterior para poder echar andar la simulación, no se pusieron las IP que tienen los equipos por política de seguridad de la empresa. Como se observa la imagen capturada del simulador, así debería de quedar físicamente al momento de implementar el canal de fibra óptica para el monitoreo de las subestaciones, tomando en cuenta que es una simulación y los datos que arroje es un aproximado a la realidad.
5.4. Adquisición de los equipos de comunicación
Se adquirió 3 Switches de 24 puertos FastEthernet para la comunicación entre la maestra (Unidad Central Maestra) y las UTR (Unidad Terminal Remota) de las subestaciones que cuentan con comunicación Ethernet [Figura 5.3].
Figura 5.3 Adquisición del Switch Cisco Catalyst 3560 serie de 24 puertos Se adquirió cuatro convertidores de medios para el enlace de Ethernet a Fibra óptica para realizar la comunicación de punto a punto [Figura 5.4].
CAPÍTULO 6: PROCESO PARA LA ELABORACIÓN DEL PROYETO
6.1. Explicación del proceso
Para llevar a cabo el desarrollo del proyecto explicaremos por pasos el proceso de elaboración para la implementación del canal de fibra óptica.
Paso 1. Instalación de los equipos de comunicación en las subestaciones, en este caso solo será subestación uno y subestación dos, para las otras dos subestaciones lo dejaremos pendiente, esto se debe por que no cuentan con la infraestructura adecuada [Figura 6.1].
Paso 2. Selección de la fibra óptica para realizar la comunicación entre la maestra o UCM (Unidad Central Maestra) y las UTR (Unidad Terminal Remota) de las subestaciones [Figura 6.2].
Paso 3. Después de verificar que hilo de Fibra óptica que se uso, se conectó los equipos de comunicación, el convertidor de medios al servidor de la UCM y al Switch, y de la misma forma con los demás equipos; las UTR a los convertidores de medios y a los Switch [Figura 6.3].
Paso 4. Se realizaron pruebas de comunicación con el OTDR para verificar si existe comunicación o si existe alguna pérdida durante el envió de información y se gráfico a la vez [Figura 6.4].
Paso 5. Se configura la maestra o UCM (Unidad Central Maestra), es decir, se le asignó la IP para la comunicación entre la maestra o UCM y las UTR (Unidad Terminal Remota), y de la misma forma la configuración de la base de datos para que reconozca cada una de las variables que las UTR mande como alarma en cualquier cambio que realice la subestación [Figura 6.5].
en la subestación o cuando la maestra le ordene algún cambio que tenga que realizar [Figura 6.6].
Figura 6.1 Instalación de los equipos de comunicación de datos
Figura 6.5 Base de datos para la configuración de la UCM de una subestación
6.2. Configuración de la UCM
Se realizó configuraciones adecuadas en la base de datos de la Maestra o UCM (Unidad Central Maestra) donde se le ingresó las variables respectivas para la comunicación de la UTR (Unidad Terminal Remota) a la Maestra [Figura 6.7]. Para el ingreso de las variables a la base de datos ingresamos al software principal de la Maestra como usuario, ubicando la UTR de la subestación que se configurará, ingresamos el nombre del dispositivo a configurar, se configura las entradas ya sea analógica o digital, los eventos que queremos que muestre en la pantalla de SCADA y la categoría de alarma [Figura 6.8].
Figura 6.8 Asignación de nombres a las entras y salidas, ingresadas a la base de datos a la UCM reflejadas en la dirección IP de sistema SCADA
6.3. Base de datos que se ingreso en la UCM
En las siguientes imágenes se muestra parte de todos los datos que se ingresaron a la Maestra (UCM) para que lo pueda reconocer a las UTR de las subestaciones. Se ingresaron los datos respectivos a la Maestra (UCM) de las subestaciones Uno y Dos, ya que estas subestaciones cuentan con puerto Ethernet.
Figura 6.9 Configuración en la base de datos de la UCM de las salidas digitales de la UTR de la subestación UNO
De la misma forma como se ingresaron los datos de las entradas digitales, salidas digitales y entradas analógicas de la subestación Uno, se ingresaron los datos a la Maestra de la subestación Dos. En las figuras siguientes se observan los datos ingresados.
Figura 6.11 Configuración en la base de datos de la UCM de las salidas digitales de la UTR de la subestación DOS
6.4. Configuración de la UTR
La configuración de la UTR se realizó con el software que proporciona la empresa con la que se adquirió el equipo (UTR), para la configuración se debe de tener cuidado, ya que si no agregamos las entradas o salidas analógicas y digitales correctamente la Maestra no reconocerá cuando esto mande una alarma o un cambio de estado de la subestación.
El proceso de la configuración de la UTR es empezando a asignarle que entradas y salidas se van a usar, es decir [Figura 6.13].
Entradas digitales: las entradas digitales son para recibir cualquier tipo de alarma de la subestación. Estas alarmas pueden ser, falta de aceite en el transformador, encendido y apagado de algún ventilador, etc.
Salidas digitales: las salidas digitales son para generar pulsos de control, ya sea para abrir, cerrar o bloquear el equipo que se encuentra al mando.
Entradas analógicas: las entradas analógicas son alarmas que genera el equipo que se encuentra sensando a los interruptores o conductores, la cantidad de voltaje, la cantidad de corriente.
Figura 6.13 Proceso de la configuración de la UTR
CAPÍTULO 7: PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
7.1. Pruebas de Funcionamiento
En esta sección del reporte se realizaron pruebas de funcionamiento, es decir, si el equipo de comunicación se instaló correctamente, si la fibra óptica se conectó correctamente en los convertidores de medios. Después de checar todas las conexiones de los equipos de comunicación, se realizaron pruebas con el OTDR (Reflectómetro óptico) para el análisis del buen estado y funcionamiento de la fibra óptica.
Figura 7.1 Configuración del OTDR
Se gráfico la primera prueba de comunicación con el OTDR, donde se mandó un pulso de la subestación a la UCM, para verificar si la fibra óptica se encontraba en buen estado y verificar si existía alguna pérdida en la fibra.
Figura 7.2 Medición y graficación
En la figura 7.2, se observo que existe una pérdida en el kilometro 6 de la fibra óptica, entonces para verificar está perdida de potencia tomaremos un parámetro del kilómetro 4 que será el punto A y el kilómetro 6 que será el punto B, entonces de la misma forma se envió un pulso y verificamos a que se debe esta pérdida, a veces suele suceder que la fibra está dañada, los conectores están mal empalmados o cuando la fibra óptica se empalmó incorrectamente y esté provocando estas pérdidas.
pérdida, entonces se volvió a mandar el pulso y al mismo tiempo se graficó, y observaron que los resultados tuvieron una perdida menor de 0.37 dB [Figura 7.3]. Esto quiere decir que la pérdida que mencionamos al principio fue causada por la misma fibra óptica, ya que la potencia de la luz de salida será siempre menor que la de la entrada.
Figura 7.3 Medición para verificar la perdida
Entonces podemos decir que la fibra óptica se encuentra en buen estado y existe comunicación, ya que no tuvimos mayores pérdidas durante la prueba con el OTDR.
Figura 7.4 Medición para corroborar que no existe pérdida
7.2. Resultados
lograron las pruebas con el OTDR, la configuración de la UCM y de las UTR de las subestaciones, se pudo trabajar con la fibra óptica durante el desarrollo del proyecto quedando el canal de fibra óptica para empezar a funcionar en cuanto den la autorización.
7.3 Conclusión y recomendaciones
Después de a ver investigado, recabado información del sistema SCADA y la importancia que tiene este sistema en la CFE, se comprendió que es de suma importancia el medio de comunicación con el cual se realiza el monitoreo, debido a que este sistema de monitoreo exige un medio de comunicación con el menor margen de error, y ofreciendo un monitoreo en tiempo real.
También se adquirieron los equipos de comunicación y los convertidores de medios con los cuales se realizaran la comunicación, y también se realizó la instalación de los equipos de comunicación en las subestaciones. Donde a la vez se realizaron las pruebas con el equipo de medición (OTDR), obteniendo resultados satisfactorios [Capitulo 6].
Para finalizar, se generaron la base de datos para la configuración de la UCM y de la UTR. Esta base de datos se ingreso sin ningún problema al sistema de la UCM, donde se le ingresaron nombres a las entradas y salidas que usaremos en la UTR para que exista comunicación entre sí. Para la UTR su configuración se realizo a través del software que proporciona el fabricante, en el cual se determinan las entradas y salidas que se usaran, donde se tomo en cuenta que deben de ser las mismas entradas y salidas que se ingresaron a la UCM, para que pueda ver sincronización.
Una de las recomendaciones para este proyecto, es la actualización de equipos, como son; las UTR de las subestaciones que no cuentan aun con puerto Ethernet, inclusive con entradas a fibra óptica, y la extensión de la infraestructura de Fibra óptica para todas las subestaciones que se encuentra a cargo de la CFE Zona de Distribución de Tuxtla Gutiérrez.
7.4 Competencias desarrolladas
Durante el desarrollo de este proyecto se estudiaron conceptos teóricos y prácticos para comprender el funcionamiento de los equipos de comunicación. Analizando de la misma forma los conceptos y características de la fibra óptica con la que se trabajó.
Bibliografía y Web gráfica
[1] Subestaciones.
Disponible:http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/el-transporte-de-electricidad/xvi.-las-subestaciones-electricas [2] Misión y Visión.
Disponible:http://www.cfe.gob.mx/ConoceCFE/1_AcercadeCFE/Lists/Publicacio nes%20Informes%20Anuales/Attachments/4/Informe2002.pdf?Mobile=1
[3] LDG Paulina Lezama Zavaríz, Código de Conducta, Quinta Edición, Diseño Editorial, México, 2013, 11
[4] Marco Xavier Aillón Abril, Sistema SCADA, Diseño de un sistema SCADA de control automático de temperatura y humedad para los lechos de producción de Humus de lombriz en la empresa biogroteca CÍA. LTDA, Trabajo de Graduación, Ambato-Ecuador, 2010, 34-41.
[5] Luis Corrales, PhD, Sistema SCADA: Definición, interfaces de comunicación industrial, Diciembre 2007, 84-85.
[6] Cisco
Disponible: http://www.cisco.com/c/en/us/products/switches/catalyst-3560-series-switches/index.html
[7] Trendet
Disponible:http://www.trendnet.com/langsp/products/proddetail.asp?prod=330_ TFC-1000S20
[8] Fujikura
Disponible:http://www.fujikura.co.jp/eng/products/tele/o_f_splicers/td70015.html [9] Fibra óptica monomodo ADSS
Disponible: http://www.telcon.com.br, http://www.draka.com [10] Corporation. EXFO
Datasheet.
